大学物理课件：8-5 带电粒子在磁场中所受作用及其运动.pptVIP

* （3）磁流体发电 原理：导电流体中产生的霍尔现象 导电气体—燃料加热产生的高温气体（3000K）（含少量易电离物质）。 导电管—耐高温材料制成，导电气体以高速 v（~1000m/s)通过。 优点：没有机械转动，损耗少，效率高。 瓶颈：耐高温材料制备。 * 作业： 8-27，28，30，32，33，34 * 洛仑兹力的方向垂直于运动电荷的速度和磁感应强度所组成的平面，且符合右手螺旋定则。 回忆11.1所学内容，沿磁场方向运动时磁力为零，垂直于磁场方向运动时，磁力最大。 * 垂直于磁场方向的面内做圆周运动 * 匀速圆周运动与匀速直线运动的合成，轨迹为螺旋线 螺距：在一个周期内粒子沿磁场方向移动的距离 * * 磁透镜应用：电镜需要高能会聚电子束，需施加电磁场。 * 用磁场来约束等离子体中带电粒子的运动。氘、氚等较轻的原子核聚合成较重的原子核时，会释放大量核能，但这种聚变反应只能在极高温下进行，任何固体材料都将熔毁。因此，需要用特殊形态的磁场把由氘、氚等原子核及自由电子组成的一定密度的高温等离子体约束在有限体积内，使之脱离器壁并限制其热导，这是实现受控热核聚变的重要条件。 * 从阴极F发射的电子束经极板P与F间的电压U加速后，先经过一横向电场（平行板上加一很小的交变电压），然后进入一纵向均匀磁场（载流长螺线管）。由于电子束受横向交变电场作用后稍有分开，各电子将以不同的角度（?很小）进入磁场。不同?角的粒子沿B方向的运动速度近似相等，而v⊥不同。各带电粒子在均匀磁场中就作半径不同，螺距相同的螺旋运动，且周期相同。散开的带电粒子沿各自的螺旋轨道绕行一周后，又重新会聚于同一点。这与透镜会聚光束的作用相似，但这里是磁场将发散的粒子束聚焦，所以称为磁聚焦。 * * * * 1879年，霍尔（E.H.Hall）发现，把一载流导体放在磁场中时，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流两者垂直的方向上出现横向电势差。这一现象称为“霍耳效应”，这电势差称为“霍耳电势差”。 * * 1980年发现，在极低温和强磁场下，宏观霍尔电压和电阻呈量子化变化，称为量子霍尔效应 分数量子Hall效应 * 一、洛仑兹力 大小： 方向：垂直于 所在平面,满足右手法则,即 方向. 特点：不改变 大小，只改变 方向，因此洛仑兹力对运动带电粒子做功恒等于零。 §8-5 带电粒子在磁场中所受作用及其运动 ---洛仑兹力 由前面,实验发现 Fm=qvB, F=qvBsinq * 说明：因为磁场力重力(一般大107倍以上), 所以，讨论微观带电粒子在磁场中的运动时，可忽略重力的影响。 二、 带电粒子磁场中的运动 1.在均匀磁场B中的运动 设一均匀磁场，磁感应强度为B，一电荷(q, m)，以初速度v0进入Ｂ，分三种情况： + B v 电荷作匀速直线运动 * × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 由于Ｆ⊥v, 故电荷将作匀速圆周运动． ①对同种粒子（或m/q一定），轨道半径与运动速度成正比，与B成反比；v0越小，Ｆ也越小，轨道弯曲得越厉害(R越小）。 F 表明： * ③均匀磁场中作圆周运动的周期与运动速度无关。 （回旋加速器、磁聚焦原理） ②对相同的Ｂ和v0, 　m/q不同，Ｒ也不同． （质谱仪原理） 把速度分解成平行于磁场的分量与垂直于磁场的分量． * 平行于磁场的方向： F//=0 ，匀速直线运动 垂直于磁场的方向： F⊥=qv０Bsin?，匀速圆周运动 总效果： 粒子作螺旋线向前运动，轨迹是螺旋线。 —回旋半径 —回旋周期 定义为螺距：一个周期内粒子沿磁场前进的距离 * h B 螺距h与v０⊥无关，只与v//成正比，若各粒子的v０//相同，则其h是相同的，在均匀磁场中每转一周粒子都相交于一点，利用这个原理，可实现磁聚焦。 由 可看出： * 磁聚焦应用 电子显微镜中的磁聚焦：获得会聚的高能电子束 电子枪发射出一束电子，加速后这束电子动能几乎相同，准直装置保证各电子速度几乎平行于磁感线。 但电子运动一段时间后，还是会有所发散，如果加一平行的匀强磁场，因为各电子运动螺距相同： 故每经过一个周期，电子束的各电子再会聚，这与透镜会聚光束的作用相似,但这里是磁场将带电粒子束聚焦，所以产生匀强磁场的线圈称为磁透镜（即磁聚焦）. （电子显微镜要求电子束要聚焦到很细） * 在非均匀磁场中带电粒子也绕磁感应线作螺旋运动，其运动特征： 1）向磁场较强方向运动时，螺旋半径不断减小 根据是： 2）粒子受到的洛仑兹力 恒有一个指向磁场较弱方向的分力，从而阻止粒子向磁场较强方向的运动 因此粒子沿磁场方向的速度